风机液压变桨系统及方法与流程

本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风机液压变桨系统及方法。

背景技术：

目前风力发电机组的变桨系统均为被动式变桨，需要测风系统监测一个时间段内的平均风速或监测叶轮转速，当平均风速小于等于机组满发风速或叶轮转速小于等于机组满发时叶轮转速时，机组叶片处于最大受风面积位置，当所监测的平均风速大于机组满发风速或叶轮转速大于机组满发时叶轮转速时，通过风机的主控反馈至变桨系统使叶片被动变桨，此时，叶片变桨具有滞后性，会存在下述问题：

初始风速较小(小于满发风速)，叶片处于最大受风面积位置，在测风系统监测的一个时间段内，如果风速变大(大于等于满发风速)，因为此时测风系统没有反馈使叶片变桨，所以此时间段内叶片受到的风载会变大，发电机会出现过速现象，从而使叶片及相关部件受风速突变而受异常载荷，导致部件损坏及机组故障。

初始风速较大(大于等于满发风速)，叶片处于受风面积较小位置，在测风系统监测的一个时间段内，如果风速变小(小于满发风速)，因为此时测风系统没有反馈使叶片变桨，所以此时间段内叶片受到的风载会变小，同时发电量相对当时的风速会较小，使功率损失风能浪费。

有鉴于此，如何改进现有风机的变桨系统，使风机的叶片能够自动适应风况实时变桨，以避免风速变小时功率损失风能浪费，同时还能防止风速过大时部件损坏及机组故障，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种风机液压变桨系统及方法，该风机液压变桨系统及方法能够使叶片自动适应风况实时变桨，以避免风速变小时功率损失风能浪费，同时还能防止风速过大时部件损坏及机组故障。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风机液压变桨系统，包括与风机的各叶片对应连接的各传动装置；还包括与各所述传动装置动力连接的液压系统，以及与所述叶片的数目一致的限位部件；所述液压系统的压力为恒定值，以使所述叶片通过当前风载与所述液压系统的压力的平衡趋势实现实时变桨；

所述恒定值为机组在满发风速下，所述叶片保持在最大受风面积位置时受到的风载；所述限位部件能够限制所述叶片转动的极限位置为所述最大受风面积位置。

如上，叶片通过传动装置与液压系统动力连接，该液压系统的压力为恒定值，该恒定值使得机组在满发风速下，叶片保持在最大受风面积位置，并且该相应位置设置有限位部件，以限制叶片转动的极限位置；也就是说，液压系统传导至叶片的力，与机组在满发风速时，叶片处于最大受风面积位置时受到的力平衡，这样，当风速变化时，叶片受到的风载随之变化，而液压系统传导至叶片的力恒定不变，在两者差值的作用下，叶片能够自动向受风面积小或受风面积大的方向转动变桨，从而实现叶片自动适应风况实时变桨，具体如下：

初始风速较小(小于满发风速)，叶片处于最大受风面积位置，当风速变大(大于满发风速)，叶片受到的风载变大，大于液压系统传导至叶片的力，叶片克服液压系统的液压能向受风面积小的方向变桨，由于叶片根据风载和液压力的差值而转动变桨，所以能够自动适应风况变桨，响应速度快，能够避免现有技术中因风载变大叶片及相关部件受异常载荷导致的部件损坏及机组故障；

初始风速较大(大于满发风速)，叶片处于受风面积较小位置，当风速变小(小于满发风速)，叶片受到的风载变小，小于液压系统传导至叶片的力，液压系统的液压能转化为机械能输出，并通过传动装置使叶片向最大受风面积处变桨，叶片转动至最大受风面积处后在限位部件的限位作用下停止，以避免风能的浪费；

由上可见，本发明提供的风机液压变桨系统能够使叶片自动适应风况实时变桨，以避免风速变小时功率损失风能浪费，同时还能防止风速过大时部件损坏及机组故障。

可选的，所述液压系统包括与所述传动装置数目一致的双向液压马达，各所述双向液压马达的动力输出端与对应的所述传动装置连接；所述双向液压马达的两个油口分别与系统压力油路和回油油路连通。

可选的，所述液压系统还包括驱动各所述双向液压马达工作的液压泵，所述液压泵的出油口还通过第一溢流阀与油箱连通。

可选的，所述液压系统还包括换向阀，所述换向阀用于控制所述双向液压马达的两个油口分别与所述系统压力油路或所述回油油路连通。

可选的，所述回油油路与所述油箱之间还设有第二溢流阀。

可选的，所述液压泵为变量泵。

可选的，所述传动装置包括与所述叶片连接的变桨轴承和与所述变桨轴承连接的传动件，所述传动件与所述双向液压马达的动力输出端连接。

可选的，所述传动件通过双向减速器与所述双向液压马达的动力输出端连接。

可选的，所述传动件为齿形带或齿轮。

本发明还提供一种风机液压变桨方法，所述方法包括：给风机的叶片提供一个恒定液压力，所述恒定液压力的大小为机组在满发风速下，所述叶片在最大受风面积位置时受到的风载大小；所述叶片根据当前风载与所述恒定液压力的平衡趋势实时变桨，其中，所述叶片转动的极限位置为所述最大受风面积位置。

与上述风机液压变桨系统的原理一致，该风机液压变桨方法具有相同的技术效果，这里不再赘述。

附图说明

图1为本发明所提供风机液压变桨系统一种具体实施例的结构框图；

图2为图1中液压系统的原理示意图；

图3示出了具体实施例中液压系统的双向液压马达与传动装置的连接结构示意图；

图4为本发明所提供风机液压变桨方法一种具体实施方式的流程图。

图中：

液压系统10，双向液压马达11，液压泵12，第一溢流阀13，第二溢流阀14，换向阀15，油箱16；

传动装置20，双向减速器21，传动件22，变桨轴承23；

叶片30。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供风机液压变桨系统一种具体实施例的结构框图。

对于变桨式风机而言，每个叶片都有相对独立的变桨驱动系统。

该实施例提供的风机液压变桨系统，包括与风机的各叶片30对应连接的各传动装置20；还包括与各传动装置20动力连接的液压系统10，以及与叶片30的数目一致的限位部件；液压系统10的压力为恒定值，以使叶片30通过当前风载与液压系统10的压力的平衡趋势实现实时变桨；该恒定值为机组在满发风速下，叶片30保持在最大受风面积位置时受到的风载；限位部件能够限制叶片30转动的极限位置为最大受风面积位置。

如上，该方案中，叶片30通过传动装置20与液压系统10动力连接，该液压系统10的压力为恒定值，该恒定值使得机组在满发风速下，叶片30保持在最大受风面积位置，并且该相应位置设置有限位部件，以限制叶片30转动的极限位置；也就是说，液压系统10传导至叶片30的力，与机组在满发风速时，叶片30处于最大受风面积位置时受到的力平衡，这样，当风速变化时，叶片30受到的风载随之变化，而液压系统10传导至叶片30的力恒定不变，在两者差值的作用下，叶片30能够自动向受风面积小或受风面积大的方向转动变桨，从而实现叶片30自动适应风况实时变桨，具体如下：

初始风速较小(小于满发风速)，叶片30处于最大受风面积位置，当风速变大(大于满发风速)，叶片30受到的风载变大，大于液压系统10传导至叶片30的力，叶片30克服液压系统10的液压能向受风面积小的方向变桨，由于叶片30根据风载和液压力的差值而转动变桨，所以能够自动适应风况变桨，响应速度快，能够避免现有技术中因风载变大叶片30及相关部件受异常载荷导致的部件损坏及机组故障；

初始风速较大(大于满发风速)，叶片30处于受风面积较小位置，当风速变小(小于满发风速)，叶片30受到的风载变小，小于液压系统10传导至叶片30的力，液压系统10的液压能转化为机械能输出，并通过传动装置20使叶片30向最大受风面积处变桨，叶片30转动至最大受风面积处后在限位部件的限位作用下停止，以避免风能的浪费。

请一并参考图2和图3，图2为图1中液压系统的原理示意图；图3示出了具体实施例中液压系统的双向液压马达与传动装置的连接结构示意图。

为便于描述，下文以风机具有三个叶片30来示例性说明，可以理解，风机的叶片30数目也可以为其他，叶片30数目对本申请的保护范围不构成限制。

该液压系统10包括三个双向液压马达11，各液压马达11的动力输出端与对应的传动装置20连接，双向液压马达11的两个油口分别与系统压力油路和回油油路连通。

通过双向液压马达11将液压系统10的液压能转化为机械能，并通过传动装置20传导至叶片30。

具体的方案中，液压马达11由液压泵12来驱动，图2所示方案中，三个液压马达11由同一个液压泵12驱动，以简化液压系统10的结构。

液压泵12的进油口与油箱16连通，出油口与系统压力油路连通。

具体地，液压泵12可优先选用变量泵，以使液压系统10保持叶片30位置恒定时液压系统10流量最小，压力不变，以减少功耗。

具体地，为了使系统压力油路的压力恒定，可在液压泵12的出油口设置与油箱16连通的第一溢流阀13，通过第一溢流阀13的调定压力，调节液压系统10的压力，并使其保持恒定。

也可同时在回油油路与油箱16之间设置第二溢流阀14，通过第一溢流阀13和第二溢流阀14的匹配设置，使液压系统10维持在恒定压力。

具体的方案中，传动装置20包括与叶片30连接的变桨轴承23和与变桨轴承23连接的传动件22，其中，传动件22与双向液压马达11的动力输出端连接。

其中，传动件22通过双向减速与液压马达11的动力输出端连接，双向减速器21的设置可以匹配转速，传递转矩。

具体地，传动件22可以为齿形带的结构形式或齿轮的结构形式。相应地，传动件22与双向减速器21之间的连接结构可根据传动件22的具体形式做调整。

下面以具体应用说明该风机液压变桨系统的工作过程。

假设风速为10m/s为机组满发风速，当风速为10m/s时，叶片30处于最大受风面积处，机组满发，相应地，液压系统10的恒定压力使得液压系统10传导至叶片30的力与此时叶片30受到的风载平衡。

当风速变化为15m/s时，大于满发风速，叶片30受到的风载大于满发时，液压系统10通过双向减速器21、传动件22及变桨轴承23传导至叶片30的力，此时叶片30受力通过变桨轴承23传导至传动件22，会带动传动件22的输出端转动，同时液压系统10由系统压力油路经第一溢流阀13溢流，叶片30向受风面积小的方向变桨，当叶片30自适应收桨一定角度，至叶片30受到的风载与液压系统10传导至叶片30的力相等后，液压系统10停止溢流，机组仍然处于满发状态，此过程中液压系统10压力保持不变。

当风速变化为5m/s，叶片30受到的风载小于满发时，液压系统10通过双向减速器21、传动件22及变桨轴承23传导至叶片30的力，因此时液压系统10的系统压力不变，通过双向液压马达11带动双向减速器21，输出扭矩大于传动件22拉叶片30的力，从而叶片30会随之变桨，直至叶片30处于最大受风面积位置时，被限位部件限位后停止。

如上，该风机液压变桨系统通过液压系统10压力与叶片30受风载的平衡趋势，实现叶片30自动适应风况实时变桨。

此外，还可在液压系统10的系统压力油路与回油油路之间设置换向阀15，该换向阀15用于控制液压马达11的两个油口与系统压力油路或回油油路连通，该换向阀15的设置可以方便检修人员对机组进行检修。

以图2所示，风机正常工作时，换向阀15保持在左位，其第一工作油口A与双向液压马达11的左油口连通，其第二工作油口B与双向液压马达11的右油口连通。

具体的方案中，限位部件可以设置在变桨轴承23上，当然也可以设置在其他位置，只要能够将叶片30转动的极限位置限制于最大受风面积位置即可，限位部件具体可以为限位挡块。

除了上述风机液压变桨系统外，本发明还提供一种风机液压变桨方法。

请参考图4，图4为本发明所提供风机液压变桨方法一种具体实施方式的流程图；该方法包括向风机的叶片提供一个恒定液压力，该恒定液压力的大小为机组在满发风速下，叶片在最大受风面积位置时受到的风载大小，也就是说，当机组在满发风速下，叶片在风载和恒定液压力的平衡作用下，能够保持在最大受风面积位置；叶片根据当前风载与恒定液压力的平衡趋势实时变桨，其中，叶片转动的极限位置为最大受风面积位置。

具体地，恒定液压力的提供可采用前述液压系统来提供；叶片转动的极限位置可通过设置前述限位部件来实现。

与前述风机液压变桨系统的原理一致，该方法也能达到同样的技术效果，这里不再赘述。

以上对本发明所提供的风机液压变桨系统及方法均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。